WO2007015418A1 - 電気複合素子 - Google Patents

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Johnny Lam
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Definitions

  • the present invention provides an electric composite element, specifically, an electric composite element comprising a polymer PTC element and a thermal fuse member. Furthermore, the present invention also relates to an electric device having such an electric composite element, for example, an electric device including an electric circuit having a circuit protection element, for example, a secondary battery pack, and an electric device using such an electric device, for example, a charging device, Provide mobile phone devices.
  • an electric device having such an electric composite element for example, an electric device including an electric circuit having a circuit protection element, for example, a secondary battery pack, and an electric device using such an electric device, for example, a charging device, Provide mobile phone devices.
  • An electrical device incorporates a circuit protection element to protect the circuit in the event of an abnormality, but when such a transient abnormal condition occurs, the circuit protection element permanently dampens the circuit of the electrical device. It is not always preferable to be open. In this case, the cause of the abnormal condition can be removed relatively easily, for example, by the user of the device, so that the circuit protection element can be reopened temporarily so that the electrical device can be reused once removed. Desirable to be of a type, ie a resettable element! /.
  • the circuit protection element is preferably a non-resettable element, ie, a non-resettable element, that permanently opens the circuit of the electrical device.
  • an electrical element used as a circuit protection element for example, there is a polymer PTC element.
  • the element When an excessive current flows through the element, the element self-heats due to Joule heat and becomes high temperature. As a result, the resistance increases and the circuit current is reduced, thereby protecting the circuit.
  • the temperature of the PTC element rises as a result of an abnormality that the ambient temperature of the element rises due to the self-heating of the polymer PTC element, and as a result, the electrical resistance of the element rises rapidly.
  • the current flowing through the circuit is substantially cut off by the high resistance element, and the heat generated by the electric circuit force is generated. As a result, the increased ambient temperature decreases.
  • the electrical resistance value drops to the original electrical resistance value or a value close thereto, and does not substantially affect the subsequent reuse of the electrical device.
  • the polymer PTC element is a resettable element.
  • a thermal fuse member is used as an electrical element used in a circuit protection device. It is said.
  • This is a conductive element in various forms (eg in the form of wires, strips, plates, etc.) made of a fusible metal (which may be an alloy).
  • a fusible metal which may be an alloy.
  • the polymer PTc element when the ambient temperature rises to a predetermined temperature, it melts and operates to open the circuit incorporating the fuse member.
  • the temperature at which the fuse member operates in this way corresponds to the melting point of the metal (or alloy) constituting the fuse member, and thermal fuses that operate at various temperatures are commercially available as fuse members. Note that the conductive function of the fuse member is not restored even if the fuse member is melted and then returned to a temperature lower than the melting point. In this sense, the fuse member is a non-returnable element, that is, an element that permanently opens the circuit.
  • Patent Document 1 a temperature protection element in which a polymer PTC element and a meltable metal as a fuse member are connected in series is disclosed in Patent Document 1 below.
  • This protective element utilizes the fact that when the surrounding temperature exceeds a predetermined temperature, the conductive polymer of the PTC element is thermally expanded and overheated, and the fuse member is melted by the generated heat. That is, in this protection element,
  • the fuse member is inevitably blown when the PTC element operates. That is, the disclosed protective element is a non-recoverable element, although it uses a polymer PTC element.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-317593
  • various abnormal states may occur in the electric device.
  • electrical devices that always need to open an electrical circuit when an abnormal condition occurs, but it is desirable that the current flow in the electrical device can be temporarily or permanently interrupted depending on the type of abnormal condition that occurred.
  • electrical devices it may be desirable to temporarily cut off the current in a transient abnormal state and to cut off the current permanently in a serious abnormal state.
  • an element that has both a function as a return element and a function as a non-reset element and that exhibits one of the functions depending on the situation may be desired.
  • the temperature of the electrical apparatus is relatively lower in a temporary abnormal state than in a serious abnormal state.
  • the temperature of an electrical device is relatively often higher than in a temporary abnormal condition, in which case the electrical device (or electrical device)
  • the temperature of the polymer PTC element during operation (particularly the surface of the element (and hence the electrode surface)), that is, the temperature and polymer of the element after the resistance of the polymer PTC element suddenly increases.
  • the ambient temperature of the PTC element that is, the temperature of the environment in which the element is placed
  • the polymer of the conductive polymer composition used in the polymer PTC device (Especially crystalline polymers) ⁇ well below the melting point ⁇
  • the temperature of the polymer PTC element is at or slightly above the melting point of the polymer Temperature As the ambient temperature increases, the temperature of the device becomes slightly higher than the melting point of the polymer, and when the ambient temperature exceeds
  • the temperature can be considerably higher than the melting point of the polymer constituting it. Therefore, a fuse member operating at such a high temperature (that is, fusing), that is, the melting point is considerably higher than the melting point of the polymer, and the fuse member and the polymer PTC element are thermally connected!
  • the operation of the polymer PTC element that reaches such a high temperature brings a return type function, while the operation of the polymer PTC element that reaches such a high temperature It was found that the current can be cut off permanently by operating and melting, that is, it provides a non-returning function.
  • the temperature of the polymer PTC element during operation when the ambient temperature is low is the melting point of the polymer or slightly higher than that, and there is some tolerance in the operation temperature of the fuse member.
  • the operating temperature of the fuse member that is, the melting point of the metal (including the alloy) constituting the fuse member needs to be at least 5 ° C. higher than the melting point of the polymer.
  • An electric composite element comprising a polymer PTC element and a thermal fuse member connected in series with the polymer PTC element, wherein the thermal fuse member is arranged so as to be under the thermal influence of the polymer PTC element.
  • the melting point of the metal constituting the polymer is at least 5 ° C higher than the melting point of the polymer constituting the polymer PTC element, preferably at least 10 ° C higher, more preferably at least 15 ° C higher, for example at least 20 ° C higher.
  • the polymer PTC element may be any polymer PTC element as long as it is well known in the art as long as the above-described problems can be solved.
  • the PTC element constituting the element of the present invention has an electric resistance value of preferably about 5 ⁇ to 200 ⁇ , more preferably about 5 m at room temperature (generally in the range of 20 ° C to 40 ° C). ⁇ to 100 m ⁇ , and the electric resistance value after operation is preferably at least 500 times, more preferably at least 1000 times the electric resistance value before operation (equivalent to the resistance value at normal temperature), for example at least 5000 Times, particularly preferably at least 10,000 times.
  • a polymer PTC element is a polymer PTC element (eg, a layered polymer PTC element) formed from a conductive polymer composition (eg, by extrusion) and a metal electrode bonded to both sides thereof.
  • Conductive polymer compositions generally consist of polymers (eg, polyethylene (PE), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene 'butyl acrylate copolymer (EBA), ethylene' butyl acetate copolymer (E VA), etc.) and Dispersed in the conductive filler (for example, carbon black, Kelfila, nickel-cobalt filler, etc.).
  • the “polymer constituting the polymer element” means such a polymer contained in the conductive polymer composition.
  • the return-type element is used in an abnormal state that occurs when the temperature of the battery pack during charging is up to about 60 ° C.
  • a particularly preferred polymer is EVA or EBA, and it is preferable to use a fuse member with an operating temperature of 100-110 ° C.
  • the melting point of the polymer constituting the polymer PTC element is defined by DSC based on JIS K 7121 (method for measuring the transition temperature of plastics), which is applied mutatis mutandis to the measurement of plastic crystal transition temperature. Means the measured temperature (temperature at the peak apex).
  • the main measurement conditions are as follows.
  • the “thermal fuse member” is generally called a “thermal fuse”! / A conductive element of a fusible metal (which may be an alloy). Have various forms and have various operating temperatures and are commercially available. For example, alloys such as tin, lead and bismuth are used as fusible metals.
  • the thermal fuse member may have a conductive member such as a lead at the end.
  • the electric composite element of the present invention may have leads necessary for incorporating it into a predetermined circuit. You can also use a separate lead if necessary for the connection between the polymer PTC element and the thermal fuse member.
  • the melting point of the thermal fuse member means the melting point of the fusible metal constituting the conductive element. In practice, the median operating temperature described in the catalog of commercially available thermal fuses is “ It can be used as “melting point”.
  • the thermal fuse member seems to be under the thermal influence of the polymer PTC element.
  • Arranged at '' means that the heat of the polymer PTC element is transferred to the fuse member, resulting in the operation of the fuse member, i.e., melting of the metal constituting the thermal fuse member (subsequent circuit opening).
  • the polymer PTC element and the thermal fuse member are in direct contact with each other.
  • one surface (for example, an electrode) or a part thereof of the PTC element and a surface (outer surface) or a part of the thermal fuse member are in surface contact.
  • heat conduction becomes efficient by surface contact.
  • a part of the lead of the thermal fuse member (for example, the tip of the lead, the end face of the lead) is connected to the electrode of the polymer PTC element. May be adhered. In this case, it is in a point contact or line contact state substantially.
  • the polymer PTC element and the thermal fuse member may be indirectly connected by a thermally conductive material.
  • a polymer PTC element and a thermal fuse member may be connected by a conductive wire such as a metal wire, a metal strip, or a lead wire.
  • the polymer PTC element When the ambient temperature of the electric composite element of the present invention is low, the polymer PTC element can be in an operating state without causing the melting of the thermal fuse member, that is, as a resettable element. On the other hand, when the ambient temperature is high, if the polymer PTC element becomes tripped, the thermal fuse member connected to it can be melted, that is, it acts as a non-returnable element. it can.
  • an electric composite element of the present invention When such an electric composite element of the present invention is used as a circuit protection element, it acts as a return type circuit protection element in which the ambient temperature of the element is relatively low, and the ambient temperature of the element is relatively low. When the temperature becomes high, it acts as a non-recoverable circuit protection element. As a result, the electric composite element according to the present invention can exhibit a return-type or non-return-type functional action according to an abnormal state.
  • FIG. 1 schematically shows a side view and a plan view of an electric composite element of the present invention.
  • FIG. 2 schematically shows the manufacturing process of the electric composite element of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the ambient temperature of polymer PTC element A and polymer PTC element B and electrical resistance values (when not operating and when operating).
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the surface temperature and the ambient temperature during operation of polymer PTC element A.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the surface temperature during operation of polymer PTC element B and the ambient temperature.
  • FIG. 6 is a graph showing test time, ambient temperature, and leakage current value showing the non-returning function of the electric composite element of the present invention. And a top view is shown typically.
  • the electric composite element 10 of the present invention includes a polymer PTC element 12 and a strip-shaped thermal fuse member 14 directly connected to one electrode (not shown) thereof.
  • the connection between the polymer PTC element 12 and the thermal fuse member 14 may be made by any suitable method. For example, electric welding, resistance welding, soldering, laser welding, etc.
  • the thermal fuse member 14 is slightly curved and its (substantially linear) end face is connected to the surface electrode of the polymer PTC element 12.
  • a lead (for example, Ni lead) 16 is connected to the other electrode (not shown) of the polymer PTC element 12.
  • Another lead 18 is connected to the other end of the fuse member 14.
  • the electric composite element is preferably configured in a state of being disposed on a support member that supports the electric composite element. That is, the electric composite element of the present invention is configured by disposing a PTC element and a fuse member on a support member. This configuration is advantageous because the electric composite element can be handled as a single element, and the electric composite element can be easily handled.
  • FIG. 2 shows in sequence how the element of the present invention is formed on a support member.
  • an insulating substrate 20 on which the electric composite element 10 is arranged is prepared.
  • leads 22 connected to the electrodes of the polymer PTC element 12 are formed in advance.
  • the contact 24 is also formed in advance on the insulating substrate, and one end of the temperature fuse member 14 is connected to the contact 24.
  • These leads 22 and contacts 24 are connected to leads 26 and 28 for electrically connecting the electric composite element of the present invention to a predetermined electric circuit.
  • the polymer PTC element 12 and the leads 26 and 28 are indicated by arrows on the insulating substrate 20 on which the leads 22 and the contacts 24 are formed in advance. Arrange and electrically connect them. This connection can be made in any suitable way, for example by reflow soldering.
  • the fuse member 14 is disposed so as to straddle between the electrode of the PTC element 20 and the contact 24 and is electrically connected.
  • the electric composite element 10 of the present invention supported by the support member 20 is obtained.
  • the leads 22, 26, and 28 and the contact 24 are formed as necessary, and are not necessarily essential for the electric element 10 of the present invention.
  • the support member 20 that supports the electrical composite element 10 is arranged at a predetermined location of the target electrical device or electrical apparatus, preferably at a location where the temperature changes sensitively when an abnormal state occurs.
  • an electric device using an electric composite element or a part of an electric apparatus may be used as the support member.
  • a part of the casing in which the electrolyte is placed in the secondary battery pack may be used as the support member.
  • the thermal fuse member 14 and, if necessary, the peripheral portion thereof may be covered with a resin layer 30.
  • the connection between the thermal fuse member 14 and the polymer PTC element 12 is protected to prevent unintentional mechanical damage, and the polymer PTC element 12
  • heat loss due to heat escaping to the surroundings is suppressed, and the time until the fuse member melts due to the surface temperature of the PTC element 12 when operating in an abnormal state Can be shortened. That is, the sensitivity for detecting an abnormality can be improved.
  • any appropriate resin may be used. However, considering that the resin layer may become high temperature, for example, a silicone resin (silicone resin). Fat, etc.) can be used. Examples of other usable resin include epoxy resin and urethane resin.
  • Fig. 2 (d) is a side view of Fig. 2 (c), but the lead 22 and the contact 24 are not shown.
  • the end portion of the thermal fuse member 14 may be flat and the lower surface thereof may be connected to the electrode surface of the polymer PTC element 12, that is, a part of the electrode of the polymer PTC element 12 and a part of the thermal fuse member 14 are in surface contact. It may be in a state. In this case, there is an advantage that the heat of the polymer PTC element 12 is easily transferred to the thermal fuse member 14.
  • polymer PTC devices A and B were prepared as outlined below: [0039] [Polymer PTC element A]
  • a sheet-like extrudate was obtained by extruding the obtained conductive composition, and a nickel metal foil (trade name from Fukuda Metal Foil Powder Co., Ltd .: NIT-CF_35 # 31 ( Nickel-plated copper foil), commercially available, having a thickness of 0.035 mm) was thermocompression bonded as an electrode, and then the sheet was divided to obtain polymer PTC element A.
  • the size of the polymer PTC element A was 3. Om m X 12. Omm X O. 18 mm.
  • a polymer PTC element B was obtained in the same manner as in the case of the polymer PTC element A using the obtained conductive composition.
  • a lead is attached to the electrode of the obtained polymer PTC element B, and the electrical resistance value of the non-operating PTC element B is measured as before, and the electrical resistance value when the polymer PTC element B is operated is also measured. did.
  • Figure 3 shows the measurement results.
  • the resistance value at room temperature to low temperature is on the order of 1 ⁇ 10 _2 ⁇ , and the resistance value increases by about 5 ⁇ 10 2 to 1 X 10 3 times when the temperature of the device increases or when the device operates.
  • Test time [min] 0 4 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ambient temperature [° c] 40.0 42.0 46.0 55.0 66.0 75.0 84.0 93.0 102.0 1 11.5 1 16.0
  • any polymer PTC element when the ambient temperature of the element is considerably lower than the melting point of the polymer, for example, about 35 ° C or more, the surface temperature of the element is On the other hand, when the ambient temperature of the device is higher than the melting point of the polymer, the surface temperature of the device is considerably higher than the melting point of the polymer.
  • the surface temperature of the device when the ambient temperature is about 50 ° C, the surface temperature of the device is about 90 ° C, and when the ambient temperature is about 85 ° C, the device The surface temperature of is about 105 ° C.
  • the electric composite element functions as a return type circuit protection element.
  • the surface temperature of the PTC element exceeds 108 ° C, so the thermal fuse member melts. Therefore, the electric composite element functions as a non-returning type circuit protection element.
  • the electric composite element of the present invention is non-composite when the ambient temperature is 90 ° C even though the fuse member operating at 108 ° C is used. Can function as a return-type element. In other words, it is possible to lower the temperature at which a serious abnormal state can be detected. Become. It is also the power that can use the heat of polymer PTC elements.
  • a fuse member having a melting point at least 5 ° C higher than the melting point of the polymer constituting the polymer PTC element it can function as a resettable or non-resettable element depending on the ambient temperature.
  • Various metals (or alloys) with a low melting point are known as the metal used for the thermal fuse member, and the ambient temperature at which it should be judged as a serious abnormal condition, the ambient temperature of the polymer PTC element and the operating temperature. The temperature can be selected as appropriate based on the relationship with the surface temperature, the melting point of the metal of the fuse member, and the melting point of the polymer.
  • fuse member can be selected: First, the ambient temperature (Ta) to be judged as a serious abnormal state To decide. This decision is appropriately selected according to the electric device or electric apparatus using the composite element. Next, the surface temperature (Ts) of the polymer PTC element when the ambient temperature is Ta is obtained from the relationship between the ambient temperature of the polymer PTC element and the surface temperature when the element operates. Select a fuse member that operates at Ts. With this selection, when the ambient temperature of the element is lower than Ta, the surface temperature of the element is lower than Ts, so that the fuse member does not melt and thus has a function of a return type element. If the temperature is Ta or higher, the surface temperature of the element will be Ts or higher, and the fuse material will melt, so it has the function of a non-returnable element.
  • the fuse member may operate at a temperature lower than the nominal operating temperature.
  • the surface temperature of the device during the operation of the polymer PTC device can be higher.
  • the fuse element should function as a resettable element, the fuse member melts and functions as a non-resettable element.
  • a certain temperature difference is provided as a safety allowance between the melting point of the polymer of the polymer PTC element and the melting point of the metal, which correlates with the surface temperature during operation of the polymer PTC element. It is necessary to keep.
  • the temperature difference is at least 5 ° C. The greater this temperature difference, the less likely it is to malfunction.
  • Another method is to prepare a different polymer PTC element and, as before, based on the relationship between the ambient temperature of the polymer PTC element and the surface temperature when the element is activated, Select a member.
  • the temperature difference between Ts and the melting point of the polymer is larger, for example, at least 10 ° C, preferably at least 15 ° C, more preferably at least 20 ° C.
  • Favored ,.
  • the polymer PTC element A obtained as described above and a thermal fuse member (manufactured by Uchihashi STEC Co., Ltd., product name: 44E, nominal operating temperature 108 ° C) are connected directly in series and shown in Fig. 2 (d).
  • a thermal fuse member manufactured by Uchihashi STEC Co., Ltd., product name: 44E, nominal operating temperature 108 ° C
  • a wire-like conductor of an easily meltable metal is arranged in a cylindrical body having lead wires at both ends.
  • the cylindrical body is placed on the polymer PTC element disposed on the insulating substrate, and the cylindrical body is covered with a silicone resin layer.

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Abstract

　条件に応じて、復帰型素子および非復帰型素子のいずれかとして機能する電気素子を提供する。 　そのような電気素子は、ポリマーＰＴＣ素子およびそれと直列に接続された温度ヒューズ部材を有して成る電気複合素子であって、温度ヒューズ部材は、ポリマーＰＴＣ素子の熱的影響下にあるように配置され、また、温度ヒューズ部材を構成する金属の融点は、ポリマーＰＴＣ素子を構成するポリマーの融点より少なくとも５°C高い。

Description

明 細 書
電気複合素子
技術分野
[0001] 本発明は、電気複合素子、詳しくはポリマー PTC素子および温度ヒューズ部材を有 して成る電気複合素子を提供する。更に、本発明は、そのような電気複合素子を有 する、例えば回路保護素子として有する電気回路を含む電気デバイス、例えば 2次 電池パック、およびそのような電気デバイスを用いる電気装置、例えば充電装置、携 帯電話装置等を提供する。
背景技術
[0002] 2次電池 (例えばリチウムイオン電池)パックのような電気デバイスまたはそのような デバイスを用いる電気装置を使用する場合、種々の異常状態が生じ得る。そのような 異常状態が解消されな ヽままで継続すると、電気デバイスまたは電気装置の温度が 上昇し、その後、過熱状態となり、最悪の場合には火災に到ることもある。
[0003] 例えば、電気デバイスの端子同士が短絡状態となる故障が生じると、電気デバイス の温度が上昇して異常状態となるが、端子同士の短絡状態を早急に察知し、それを 解消すれば異常状態は解消する。例えば、 2次電池パックの充電中に、例えば端子 間にクリップ等の導電性を有する金属片のような異物が挟まることによって突発的に 短絡状態が生じて異常状態となるが、そのような異物を取り除くことによって、正常状 態に戻る。このような異常状態は、「一過性の異常状態 (例えば解決可能な一時的な 故障状態)」であると言える。電気デバイスには異常時に回路を保護するために回路 保護素子が組み込まれているが、このような一過性の異常状態が生じた場合に、回 路保護素子が電気デバイスの回路を永久的にオープン状態にするのは必ずしも好 ましいことではない。この場合、異常状態をもたらす原因を、例えばデバイスのユーザ 一側で比較的簡単に取り除けるので、取り除いたら電気デバイスを再使用できるよう に、回路保護素子は、電気回路を一時的にオープンにする復帰型のもの、即ち、リ セッタブノレ (resettable)素子であるのが望まし!/、。
[0004] 上述の場合とは対照的に、電気デバイス自体に本質的な故障が存在する場合 (例 えば、電気デバイスの回路設計に問題があり、ある条件では必然的に過剰電流が流 れてしまう場合）〖こも、電気デバイスの温度が上昇して異常状態となる。このような異 常状態は、一般的にはその原因をデバイスのユーザー側で簡単に取り除くことがで きるものではない。ー且電流を遮断して電気デバイスの温度が下がったとしても、誤 つて再度通電することによって同じ異常状態が生じ、非常に危険な状態となる。この ような異常状態は、「重大な異常状態 (例えば簡単に修理できない本質的な故障状 態)」である。安全面の観点から、故障の原因を取り除くことなく再通電することによつ て生じる再度の過熱状態 (および最終的には火災が生じる危険)を避けるためにも、 電気デバイスに組み込まれている回路保護素子は、電気デバイスの回路を永久的に オープン状態にする、非復帰型のもの、即ち、ノンリセッタブル (non-resettable)素子 であるのが好ましい。
[0005] 回路保護素子として用いられる電気素子として、例えばポリマー PTC素子がある。
この素子は、素子に過剰電流が流れると、ジュール熱によって自己発熱して高温とな り、その結果、抵抗が高くなつて回路電流を減少させ、それによつて回路を保護する 機能を有する。また、ポリマー PTC素子の自己発熱ではなぐ素子の周囲温度が上 昇するという異常が生じ、その結果として PTC素子の温度が上昇した場合にも、同様 に素子の電気抵抗が急激に上昇する。この場合、周囲温度の上昇という異常状態を もたらす電気回路にポリマー PTC素子を組み込んでおくと、高抵抗になった素子に よってその回路を流れる電流が実質的に遮断され、電気回路力 の発熱が無くなり、 その結果、上昇した周囲温度は下降する。
[0006] 本明細書では、このようにポリマー PTC素子の電気抵抗が急激に上昇することを P TC素子が「動作 (ある 、はトリップ (またはスイッチング)する」と言 、、急激に抵抗が 上昇した直後の PTC素子の温度を「動作 (あるいはトリップ (またはスイッチング)温度 」と呼ぶ。尚、電気回路の異常を取り除いた後、ポリマー PTC素子の温度が下がると
、その電気抵抗値は、元の電気抵抗値またはそれに近い値まで低下し、その後の電 気装置の再使用に際して実質的に影響を与えない。この意味で、ポリマー PTC素子 は、復帰型の素子である。
[0007] 別の態様では、回路保護デバイスに用いる電気素子として、温度ヒューズ部材が用 いられている。これは、易融性の金属 (合金であってもよい）で形成された、種々の形 態 (例えばワイヤー、ストリップ、プレート等の形態）の導電性要素である。ポリマー PT c素子の場合と同様に、その周囲温度が上昇して所定温度となると、溶断して、ヒュ 一ズ部材が組み込まれた回路を開くように動作する。このようにヒューズ部材が動作 する温度は、ヒューズ部材を構成する金属（または合金）の融点に対応し、種々の温 度で動作する温度ヒューズがヒューズ部材として市販されている。尚、ヒューズ部材は 、溶断した後に、融点より低い温度に戻っても、その導電機能は復活しない。この意 味で、ヒューズ部材は、非復帰型の素子、即ち、回路を永久的に開く素子である。
[0008] ところで、ポリマー PTC素子とヒューズ部材としての溶融性金属とを直列に接続した 温度保護素子が下記特許文献 1に開示されている。この保護素子は、その周囲の温 度が所定温度を超過すると、 PTC素子の導電性ポリマーが熱膨張して過熱し、その 発熱によってヒューズ部材が溶融することを利用している。即ち、この保護素子では、
PTC素子が動作するとヒューズ部材が必然的に溶断するように設計されている。即ち 、開示されている保護素子は、ポリマー PTC素子を使用しているものの、非復帰型素 子である。
特許文献 1 :特開 2003— 317593号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 上述のように、電気装置にお 、て種々の異常状態が発生し得る。異常状態が生じ た時は、常に電気回路を開くことが必要な電気装置もあるが、発生した異常状態の 種類に応じて電気装置における電流の流れを一時的または永久的に遮断できること が望まれる電気装置もある。即ち、一過性の異常状態に際しては一時的に電流を遮 断し、重大な異常状態に際しては永久的に電流を遮断することが望まれる場合があ る。即ち、復帰型素子としての機能および非復帰型素子としての機能を兼備し、状況 に応じてそのいずれかの機能を発揮する素子が望まれる場合がある。
課題を解決するための手段
[0010] 上述の課題にっ 、て鋭意検討を重ねた結果、電気装置 (または電気デバイス）の 温度は、一時的な異常状態では、重大な異常状態にある場合より低いことが比較的 多ぐそのような場合には電気装置 (または電気デバイス）の回路を流れる電流を、永 久的に遮断するのは望ましくなぐむしろ、一時的に遮断するのが望ましいことを見出 した。逆に、重大な異常状態では、電気装置 (または電気デバイス）の温度は、一時 的な異常状態にある場合より相当高くなることが比較的多ぐそのような場合には電 気装置 (または電気デバイス)の回路を流れる電流を、一時的に遮断するのは望まし くなぐむしろ、永久的に遮断するのが望ましいことも見出した。
[0011] また、ポリマー PTC素子が動作した状態にあっては、その素子の周囲の温度が低 い場合には、素子自体の温度は、その素子を構成する PTC要素の導電性組成物の ポリマーの融点と大差なぐ他方、その素子の周囲の温度が高い場合には、素子自 体の温度は、そのようなポリマーの融点より相当高くなることも見出した。
[0012] より詳細には、動作時のポリマー PTC素子の温度 (特に素子の表面 (従って、電極 表面)温度）、即ち、ポリマー PTC素子の抵抗が急激に上昇した後の素子の温度とポ リマー PTC素子の周囲温度、即ち、素子が置かれている環境の温度との関係につい て検討したところ、次のような結果を見出した:素子が動作した状態では、素子の発 熱量と素子力もその周囲への放熱量とがバランスして、素子はある平衡温度に達す る（本明細書では、この平衡温度を素子の温度と呼ぶ）；ポリマー PTC素子に用いら れる導電性ポリマー組成物のポリマー（特に結晶性ポリマー）の融点より十分に低 ヽ 周囲温度の領域 (例えば融点より約 30°Cまたはそれ以上低い温度)では、ポリマー P TC素子の温度は、当該ポリマーの融点またはそれより少し高い温度であるが、周囲 温度が上昇するにつれて、素子の温度は当該ポリマーの融点よりもう少し高い温度と なり、周囲温度がポリマーの融点を超えると、素子の温度は当該ポリマーの融点より 相当高くなる（例えば 10°C〜20°C、あるいはそれ以上高くなる）。
[0013] 従って、ポリマー PTC素子は、その周囲温度が高くなると、その動作状態において
、それを構成するポリマーの融点より相当高い温度になることができる。よって、その ような高い温度で動作する（即ち、溶断する）ヒューズ部材、即ち、融点が当該ポリマ 一の融点より相当高 、ヒューズ部材とポリマー PTC素子が熱的に接続されて!、る場 合、そのように高 、温度に到らな 、ポリマー PTC素子の動作は復帰型の機能をもた らし、他方、そのように高い温度に到ったポリマー PTC素子の動作は、ヒューズ部材 を動作させて溶融させて電流を永久的に遮断できる、即ち、非復帰型の機能をもたら すことを見出した。
[0014] 尚、ポリマー PTC素子の動作によってヒューズ部材の動作が必然的に生じる場合 には、本発明の課題を達成できない。上述のように、周囲温度が低い場合の動作時 のポリマー PTC素子の温度は、当該ポリマーの融点またはそれより少し高い温度で あり、また、ヒューズ部材の動作温度にはある程度の公差がある。これらを考慮すると 、ヒューズ部材の動作温度、即ち、ヒューズ部材を構成する金属 (合金も含む)の融点 は、当該ポリマーの融点より少なくとも 5°C高い必要がある。
[0015] 上述のような知見に基づき、本発明は、
ポリマー PTC素子およびそれと直列に接続された温度ヒューズ部材を有して成る電 気複合素子であって、温度ヒューズ部材はポリマー PTC素子の熱的影響下にあるよ うに配置されており、温度ヒューズ部材を構成する金属の融点がポリマー PTC素子を 構成するポリマーの融点より少なくとも 5°C高いこと、好ましくは少なくとも 10°C高いこ と、より好ましくは少なくとも 15°C高いこと、例えば少なくとも 20°C高いことを特徴とす る電気複合素子を提供する。
[0016] 本発明の電気複合素子において、ポリマー PTC素子は、上述の課題を解決できる 限り、当該技術分野において周知のものであればいずれのポリマー PTC素子であつ てもよい。例えば、本発明の素子を構成する PTC素子は、常温時 (一般的には 20°C 〜40°Cの範囲において）、電気抵抗値が好ましくは約 5πιΩ〜200πιΩであり、より 好ましくは約 5m Ω〜 100m Ωであり、動作後の電気抵抗値が、（常温時の抵抗値と 同等である)動作前の電気抵抗値の好ましくは少なくとも 500倍、より好ましく少なくと も 1000倍、例えば少なくとも 5000倍、特に好ましくは少なくとも 10000倍である。
[0017] 一般的に、ポリマー PTC素子は、導電性ポリマー組成物から（例えば押出成形によ つて）形成されたポリマー PTC要素（例えば層状のポリマー PTC要素）およびその両 側に接着された金属電極 (例えば金属箔）を有して成る。導電性ポリマー組成物は、 一般的にはポリマー（例えばポリエチレン (PE)、ポリビ-リデンフルオライド (PVDF) 、エチレン 'アクリル酸ブチルコポリマー（EBA)、エチレン '酢酸ビュルコポリマー（E VA)等）およびその中に分散して 、る導電性フィラー（例えばカーボンブラック、 -ッ ケルフイラ一、ニッケル—コバルトフイラ一等）を含んで成る。本明細書において、「ポ リマー素子を構成するポリマー」とは、導電性ポリマー組成物に含まれているこのよう なポリマーを意味する。
[0018] 例えば、 2次電池パックの回路保護素子として本発明の電気複合素子を用いる場 合、充電時の電池パックの温度が約 60°Cまでの場合に生じる異常状態では復帰型 の素子の機能を発揮することが望ましぐ他方、電池パックの温度が約 90°Cを越える 場合に生じる異常状態では非復帰型の素子の機能を発揮することが望ましいと言わ れることがある。この場合、特に好ましいポリマーは、 EVAまたは EBAであり、 100〜 110°Cの動作温度のヒューズ部材を使用するのが好ま 、。
[0019] 尚、本明細書において、ポリマー PTC素子を構成するポリマーの融点とは、プラス チックの結晶転移温度の測定に準用する JIS K 7121 (プラスチックの転移温度測 定方法）に基づいて DSCによって測定される温度 (ピークの頂点の温度）を意味する 。尚、主要な測定条件は以下の通りである。
温度条件： 20〜180°C
昇温速度： 10°CZmin
測定雰囲気:窒素
装置：セイコ^ ~ .インスッノレメンッ（SEIKO INSTRUMENTS INC.) EXSTAR6000/6200
[0020] 本発明にお 、て、「温度ヒューズ部材」とは、一般的に「温度ヒューズ」と呼ばれて!/ヽ る、易融性金属 (合金であってもよい)の導電性要素であり、種々の形態を有し、また 、種々の動作温度を有するものが知られており、市販されている。例えば、易融性金 属としては、錫、鉛、ビスマス等の合金が使用されている。温度ヒューズ部材は、端部 にリード等の導電性部材を有するものであってもよい。本発明の電気複合素子は、そ れを所定の回路に組み込むために必要なリードを有してよい。また、ポリマー PTC素 子と温度ヒューズ部材との間の接続に必要であれば別のリードを用いてもょ 、。「温 度ヒューズ部材の融点」とは、導電性要素を構成する易融性金属の融点を意味し、 実用上、市販の温度ヒューズのカタログに記載の動作温度の中央値を「温度ヒューズ 部材の融点」として用いて差し支えない。
[0021] 本発明において、「温度ヒューズ部材はポリマー PTC素子の熱的影響下にあるよう に配置されている」とは、ポリマー PTC素子の熱がヒューズ部材に伝わり、その結果、 ヒューズ部材の動作、即ち、温度ヒューズ部材を構成する金属の溶融 (その後の回路 の開放)をもたらすことができるように、 PTC素子と温度ヒューズ部材とが接続されて 配置されていることを意味する。この接続は、直接的なものであっても、あるいは熱伝 導性の部材を介した間接的なものであってもよ 、。
[0022] 1つの好ましい具体的な態様では、ポリマー PTC素子と温度ヒューズ部材とが相互 に直接接触している状態にある。例えば PTC素子の 1つの面 (例えば電極)またはそ の一部分と温度ヒューズ部材のある面 (外側面)またはその一部分とが面接触状態に あるのが特に好ましい。この場合、面接触によって熱の伝導が効率的になる。また、 ポリマー PTC素子の熱が温度ヒューズ部材に伝達されてヒューズ部材を動作させるこ とができる限り、ポリマー PTC素子の電極に温度ヒューズ部材のリードの一部分 (例え ばリードの先端、リードの端面）が接着されていてもよい。この場合、実質的には点接 触または線接触状態となる。更に、ポリマー PTC素子の熱が温度ヒューズ部材に伝 わる限り、ポリマー PTC素子と温度ヒューズ部材が熱伝導性材料によって間接的に 接続されている態様であってもよい。例えば金属ワイヤー、金属ストリップ、リード線の ような導線によってポリマー PTC素子と温度ヒューズ部材とが接続されて 、てもよ 、。 発明の効果
[0023] 本発明の電気複合素子は、その周囲温度が低い場合には、温度ヒューズ部材の溶 融を起こすことなくポリマー PTC素子が動作状態となることができ、即ち、復帰型の素 子として作用でき、他方、周囲温度が高い場合には、ポリマー PTC素子がトリップ状 態となつた場合には、それに接続された温度ヒューズ部材を溶融させることができ、 即ち、非復帰型の素子として作用できる。
[0024] このような本発明の電気複合素子は、回路保護素子として用いると、素子の周囲温 度が比較的低温である復帰型の回路保護素子として作用し、素子の周囲温度が比 較的高温となる場合には非復帰型の回路保護素子として作用する。その結果、本発 明の電気複合素子は、異常状態に応じて復帰型または非復帰型の機能作用を発揮 できる。
図面の簡単な説明 [0025] [図 1]本発明の電気複合素子の側面図および平面図を模式的に示す。
[図 2]本発明の電気複合素子の製造過程を模式的に示す。
[図 3]ポリマー PTC素子 Aおよびポリマー PTC素子 Bの周囲温度と電気抵抗値 (未動 作時および動作時）との関係を示すグラフである。
[図 4]ポリマー PTC素子 Aの動作時の表面温度と周囲温度との関係を示すグラフで ある。
[図 5]ポリマー PTC素子 Bの動作時の表面温度と周囲温度との関係を示すグラフであ る。
[図 6]本発明の電気複合素子の非復帰型の機能を示す、試験時間と周囲温度およ びリーク電流値を示すグラフである。および平面図を模式的に示す。
符号の説明
[0026] 図面において、引用番号は以下の要素を表す：
10· "電 合 十、
12· ··ポリマー PTC素子、
14· "ヒューズ部材、
16, 18· ··リード
20· "絶縁基板、
22· "リード
24· · ·コンタクト
26, 28…リード
30· "樹脂層。
発明を実施するための形態
[0027] 次に、添付図面を参照して、本発明の電気複合素子を更に具体的に説明する。本 発明の電気複合素子の一例の模式的側面図および模式的平面図をそれぞれ図 1 ( a)および図 1 (b)に示す。
[0028] 本発明の電気複合素子 10は、ポリマー PTC素子 12およびその一方の電極（図示 せず）に直接接続されたストリップ形態の温度ヒューズ部材 14を有して成る。ポリマー PTC素子 12と温度ヒューズ部材 14との接続は、いずれの適当な方法で実施してもよ ぐ例えば電気溶接、抵抗溶接、ハンダ付け、レーザー溶接等によって実施してよい
。図示した態様では、温度ヒューズ部材 14は若干湾曲し、その（実質的に線状である )端面がポリマー PTC素子 12の表面電極に接続されて 、る。
[0029] また、ポリマー PTC素子 12の他方の電極（図示せず）にはリード（例えば Niリード） 16が接続されている。ヒューズ部材 14の他方の端部には、別のリード 18が接続され ている。これらのリードは、電気複合素子 10を所定の電気回路に接続するために用 いることがでさる。
[0030] 本発明の 1つの好ましい態様では、電気複合素子は、それを支持する支持部材上 に配置された状態で構成するのが好ましい。即ち、本発明の電気複合素子を、支持 部材上に PTC素子およびヒューズ部材を配置することによって構成する。このように 構成すると、電気複合素子を単一の素子として扱うことができ、電気複合素子のハン ドリングが容易になるので好都合である。そのような態様を図 2に模式的に示す。図 2 では、本発明の素子を支持部材上に形成する様子を順に示す。
[0031] 最初に、電気複合素子 10を配置する絶縁基板 20を準備する。絶縁基板 20上には 、ポリマー PTC素子 12の電極に接続するリード 22が予め形成されている。図示した 態様では、絶縁基板上にはコンタクト 24も予め形成されており、これには、温度ヒユー ズ部材 14の一端が接続される。尚、これらのリード 22およびコンタクト 24には、本発 明の電気複合素子を所定の電気回路に電気的に接続するためのリード 26および 28 が接続される。
[0032] 図 2 (a)にて模式的平面図で示すように、リード 22およびコンタクト 24が予め形成さ れた絶縁基板 20上にポリマー PTC素子 12およびリード 26および 28を矢印で示すよ うに配置して、これらを電気的に接続する。この接続は、いずれの適当な方法で実施 してもよぐ例えばリフローハンダ付けによって実施する。
[0033] 次に、図 2 (b)にて模式的平面図で示すように、ヒューズ部材 14を PTC素子 20の 電極とコンタクト 24との間にまたがるように配置して電気的に接続する。これによつて 支持部材 20に支持された、本発明の電気複合素子 10が得られる。尚、リード 22、 2 6,および 28ならびにコンタクト 24は、必要に応じて形成されるものであり、本発明の 電気素子 10には必ずしも必須のものではない。 [0034] 電気複合素子 10を支持する支持部材 20を、目的とする電気デバイスまたは電気 装置の所定の箇所、好ましくは異常状態が生じた時に敏感に温度が変化する箇所 に配置して所定のように電気回路に組み込む。尚、図示するような独立した支持部 材に代えて、電気複合素子を用いる電気デバイスまたは電気装置の一部分を支持 部材として用いてもよい。例えば、 2次電池パックにおいて電解質を入れる筐体の一 部分を支持部材として使用してもよい。
[0035] その後、図 2 (c)にて模式的平面図で示すように、温度ヒューズ部材 14および必要 に応じてその周辺部分を榭脂層 30によって覆ってよい。このように榭脂層 30で覆うこ とによって、温度ヒューズ部材 14とポリマー PTC素子 12との間の接続部を保護して 意図しない機械的な損傷を防止すると共に、ポリマー PTC素子 12で生じた熱がヒュ 一ズ部材 14に伝わるに際して、周囲に熱が逃げることによる熱損失が抑制され、異 常状態が生じて動作する場合の PTC素子 12の表面温度によってヒューズ部材が溶 融するまでの時間が短縮され得る。即ち、異常を検知する感度が向上し得る。
[0036] そのような榭脂としては、いずれの適当な榭脂を用いてもよいが、榭脂層が高温に なる可能性があることを考慮して、例えばケィ素系榭脂 (シリコーン榭脂等)を用いる ことができる。他の使用可能な榭脂として、エポキシ系榭脂、ウレタン系榭脂等を例示 できる。
[0037] 尚、図 2 (d)は、図 2 (c)の側面図であるが、リード 22およびコンタクト 24は図示して いない。図示した態様では、温度ヒューズ部材 14はその端面のみがポリマー PTC素 子 12に接続されている（図から分力るように、実質的には線接触に近い）が、別の態 様では、温度ヒューズ部材 14の端部分がフラットでその下面がポリマー PTC素子 12 の電極面に接続されていてもよい、即ち、ポリマー PTC素子 12の電極の一部分と温 度ヒューズ部材 14の一部分とが面接触状態であってもよい。この場合、ポリマー PTC 素子 12の熱が温度ヒューズ部材 14に伝わり易いという利点がある。
実施例
[0038] (ポリマー PTC素子の製造）
周知の方法および材料を用いて、下記に概略的に説明するように、ポリマー PTC 素子 Aおよび Bを製造した： [0039] [ポリマー PTC素子 A]
ポリマーとしてエチレン ·酢酸ビュルコポリマー（ETHLENE VINYL ACETATE COP OLYMER、 EVA, EQUISTAR CHEMICALS社から商品名： UE635- 000として巿販さ れているもの、融点:約 85°C) 58容量0 /0、および導電性フイラ一としてカーボンブラッ ク（COLUMBIAN CHEMICAL社から商品名： PM0342として市販されているもの） 42 容量％を混合して導電性組成物を得た。
[0040] 得られた導電性組成物を押出成形してシート状の押出物を得、この両側に-ッケ ル金属箔 (福田金属箔粉工業株式会社から商品名： NIT-CF_35#31 (ニッケルメツキ 銅箔）として市販されているもの、厚さ 0. 035mm)を電極として熱圧着し、その後、シ ートを分割してポリマー PTC素子 Aを得た。ポリマー PTC素子 Aのサイズは、 3. Om m X 12. Omm X O. 18mmであった。
[0041] 得られたポリマー PTC素子 Aの電極にリードを取り付け、ポリマー PTC素子 Aの基 本性能を測定した。即ち、ポリマー PTC素子 Aを恒温槽に入れ、周囲温度としての 恒温槽の温度を変えながら、未動作のポリマー PTC素子 Aの電気抵抗値を測定した 。また、別のポリマー PTC素子 Aについて、恒温槽の温度を変えながら、印加電圧： DC5Vにてポリマー PTC素子を動作させ、その時のリーク電流を測定して動作時の 抵抗を測定した。測定結果を図 3に示す。
[0042] [ポリマー PTC素子 B]
ポリマーとしてエチレン ·アクリル酸ブチルコポリマー（ETHLENE BUTYL ACRYLA TE
COPOLYMER, EBA、 EQUISTAR CHEMICALS社から商品名： EA705- 009として巿 販されているもの、融点:約 95°C) 58容量％、および導電性フイラ一として上述の力 一ボンブラック 42容量％を混合して導電性組成物を得た。
[0043] 得られた導電性組成物を用いて、ポリマー PTC素子 Aの場合と同様にして、ポリマ 一 PTC素子 Bを得た。得られたポリマー PTC素子 Bの電極にリードを取り付け、先と 同様に、未動作の PTC素子 Bの電気抵抗値を測定し、また、ポリマー PTC素子 Bを 動作させた時の電気抵抗値も測定した。測定結果を図 3に示す。
[0044] 図 3から明らかなように、得られたポリマー PTC素子はいずれも PTC素子としての 機能を有する。例えば、常温〜低温時の抵抗値は、 1Χ10_2Ωのオーダーであり、 素子の温度が高くなる力 あるいは素子が動作すると、抵抗値が約 5Χ 102〜1 X 103 倍大きくなつている。
[0045] 次に、製造したポリマー PTC素子 Αおよびポリマー PTC素子 Βについて、恒温槽を 用いて素子の周囲温度を変化させながら、作動時の素子の表面温度を測定した。素 子の表面温度は、素子の表面 (即ち、電極）に熱電対を固定することによって測定し た。尚、動作に際しては、先と同様に DC5Vを印加し、リーク電流値を測定することに よって抵抗値を得た。測定結果を表 1(素子 A)および表 2 (素子 B)に、また、図 4 (素 子 A)および図 5 (素子 B)に示す。
[0046] 表 1(素子 A):
[表 1]
Figure imgf000014_0001
[0047] 表 2(素子 B):
[表 2] 試験時間 [分] 0 4 10 20 30 40 50 60 70 80 90 周囲温度 [°c] 40.0 42.0 46.0 55.0 66.0 75.0 84.0 93.0 102.0 1 11.5 1 16.0
PTC素子
97.0 97.5 98.0 99.5 101.0 102.5 104.0 107.0 112.0 1 17.0 121.0 表面温度 C] リ-ク電流 [A] 0.123 0.1 18 0 1 11 ( 096 0.076 0.060 0.046 0.031 0,023 0.014 0.010
[0048] これらの結果から、いずれのポリマー PTC素子の場合であっても、素子の周囲温度 力 ポリマーの融点より相当低い場合、例えば約 35°C以上低い場合、素子の表面温 度は、ポリマーの融点より若干高い温度であり、他方、素子の周囲温度が、ポリマー の融点より高い場合、素子の表面温度は、ポリマーの融点より相当高い温度となるこ とが分かる。
[0049] 例えば EVAを用いたポリマー PTC素子 Aの場合、周囲温度が約 50°Cである場合 、素子の表面温度は約 90°Cであり、周囲温度が約 85°Cである場合、素子の表面温 度は約 105°Cである。また、このポリマー PTC素子 Aの場合、周囲温度が約 90°Cで ある場合、素子の表面温度が約 108°Cである。そこで、例えば融点が 108°C (ポリマ 一の融点との差 =約 23°C)の温度ヒューズ部材をこの PTC素子と組み合わせて本発 明の電気複合素子を構成して回路保護素子として使用する場合を考える。
[0050] この場合、周囲温度が 90°Cより低い状態では、ポリマー PTC素子 Aが動作した場 合には、ポリマー PTC素子 Aの表面温度は 108°Cを越えないので、温度ヒューズ部 材は、溶融しない。従って、電気複合素子は、復帰型の回路保護素子として機能す る。ところが、周囲温度が 90°Cを越えた状態では、ポリマー PTC素子 Aが動作した場 合には、 PTC素子の表面温度は 108°Cを越えるので、温度ヒューズ部材は、溶融す る。従って、電気複合素子は、非復帰型の回路保護素子として機能する。
[0051] このことから分力るように、本発明の電気複合素子は、 108°Cで動作するヒューズ部 材を用いているにもかかわらず、周囲温度 90°Cの状態で複合素子は非復帰型の素 子として機能できる。即ち、重大な異常状態を検知できる温度を下げることが可能と なる。それは、ポリマー PTC素子の熱を利用できる力もである。
[0052] 次に、先と同様に周囲温度 90°Cを越えると非復帰型の素子として機能する複合素 子をポリマー PTC素子 Bを用いて構成する場合を考える。ポリマー PTC素子 Bは周 囲温度 90°Cの場合、素子の表面温度が約 105°Cであるので、 105°Cで動作するヒュ 一ズ部材を使用する。この場合、ポリマーの融点との差は、 10°Cとなる点で異なるが 、ポリマー PTC素子 Aを例に説明したことと実質的に同様のことが言える。
[0053] このように、ポリマー PTC素子を構成するポリマーの融点より少なくとも 5°C高い融 点を有するヒューズ部材を組み合わせることによって、周囲温度に応じて復帰型また は非復帰型の素子として機能できる。尚、温度ヒューズ部材に用いる金属としては、 低融点の金属 (または合金)が種々知られており、重大な異常状態であると判断すベ き周囲温度、ポリマー PTC素子の周囲温度と動作時の表面温度との関係およびヒュ 一ズ部材の金属の融点およびそれとポリマーの融点との関係に基づいて適宜選択 できる。
[0054] 具体的には、以下のようにして、あるポリマー PTC素子に組み合わせるのが好まし V、ヒューズ部材を選択できる：最初に、重大な異常状態であると判断すべき周囲温度 (Ta)を決定する。この決定は、複合素子を用いる電気デバイスまたは電気装置に応 じて適宜選択する。次に、予め求めておいた、ポリマー PTC素子の周囲温度とその 素子が動作した場合の表面温度との関係から、周囲温度が Taである場合のポリマー PTC素子の表面温度 (Ts)を求め、 Tsで動作するヒューズ部材を選択する。このよう に選択すると、素子の周囲温度が Taより低い場合には、素子の表面温度は Tsより低 いので、ヒューズ部材は溶融しないので復帰型の素子の機能を有し、他方、素子の 周囲温度が Ta以上の場合には、素子の表面温度は Ts以上となるので、ヒューズ部 材は溶融するので非復帰型の素子の機能を有する。
[0055] 実際には、ヒューズ部材の動作温度でもある Tsとポリマーの融点との温度差が小さ 過ぎる場合には、素子が誤動作する可能性が大きくなる。例えば、ヒューズ部材が公 称動作温度より低い温度で動作することが有り得る。また、ポリマー PTC素子の動作 時の素子の表面温度がより高いことが有り得る。このような場合、復帰型の素子として 機能すべきであるにもかかわらず、ヒューズ部材が溶融して非復帰型の素子として機 能することがある。このような誤動作の可能性を減らすために、ポリマー PTC素子の 動作時の表面温度と相関があるポリマー PTC素子のポリマーの融点と金属の融点と の間である程度の温度差を安全代として設けておく必要がある。本発明の電気複合 素子の場合、その温度差は少なくとも 5°Cとする。この温度差が大きいほど、誤動作 の可能性はより少なくなる。
[0056] 従って、上述のようにして選択した Tsとポリマーの融点との温度差力 、さ過ぎる場 合には、より高い Taを新たに決定して、そのより高い Taを用いて、先と同様にしてヒュ 一ズ部材を選定する。 Taをより高くすると、 Tsが高くなり、結果的に、ヒューズ部材の 融点が高くなり、従って、 Tsとポリマーの融点との温度差が大きくなる。
[0057] 別の方法としては、異なるポリマー PTC素子を準備して、先と同様に、そのポリマー PTC素子の周囲温度とその素子が作動した場合の表面温度との関係に基づいて、 別のヒューズ部材を選択する。当然ながら、 Tsとポリマーの融点との温度差はより大 きい、例えば少なくとも 10°C、好ましくは少なくとも 15°C、より好ましくは少なくとも 20 °Cである方が、誤動作と!/、う点では好ま 、。
[0058] [電気複合素子の製造]
上述のように得られたポリマー PTC素子 Aと温度ヒューズ部材（内橋エステック株式 会社製、商品名： 44E、公称動作温度 108°C)とを直接直列に接続し、図 2 (d)に示 すような本発明の電気複合素子を製造した。この温度ヒューズ部材では、リード線を 両端に有する筒状体内に易溶融性金属のワイヤー状導体が配置されている。尚、こ の電気複合素子では、絶縁基板上に配置したポリマー PTC素子の上に、この筒状 体が載置され、更に、筒状体がシリコーン榭脂層で覆われている。
[0059] [復帰型機能の確認]
上述のように製造した電気複合素子の電気抵抗値を測定した後、常温 (約 23°C) の周囲温度にて種々の動作電流で動作させ、その状態で保持した後、再び常温に 戻して素子の電気抵抗値を測定した。その結果を表 3および表 4に示す：
[0060] 表 3 (動作電流 30Aおよび 40A)：
[表 3] [0061]
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0002
[0062] V、ずれの場合でも、素子の電気抵抗値は、動作前と動作後では同じオーダーであ り、従って、動作後であっても素子の機能としては実質的な差が生じていないことが 分かる、即ち、周囲温度が低い場合には、複合素子は復帰型の機能を示すことが分 かる。
[0063] [非復帰型機能の確認]
上述のように製造した電気複合素子を恒温槽に入れ、 40°Cの周囲温度で動作さ せた (動作電流： 3A)後、恒温槽の温度、即ち、周囲温度を約 1°CZ分にて上昇させ 、リーク電流値を測定した。その結果を、図 6に示す。
[0064] 図 6から分力るように、素子 No. 2については、試験開始後約 47分で、周囲温度が 約 93°Cとなり、このとき、リーク電流が急落してゼロになった。また、素子 No. 1につ いては、試験開始後約 40分で、周囲温度が約 85°Cとなり、このとき、リーク電流が急 落してゼロになった。即ち、いずれの場合でも、ヒューズ部材が溶断することにより、 複合素子が非復帰型の機能を示したことが分かる。尚、動作温度が 104°Cのヒユー ズ部材を用いているにもかかわらず、約 90°Cの周囲温度にて非復帰型の機能を示し ている。
[0065] 本願は、日本国特許出願第 2005— 226910号（出願日： 2005年 8月 4日、発明の 名称:電気複合素子）に基づく優先権を主張する。この日本国特許出願に開示され ている内容は、この引用によって、本明細書に組み込まれるものとする。

Claims

請求の範囲
[I] ポリマー PTC素子およびそれと直列に接続された温度ヒューズ部材を有して成る電 気複合素子であって、
温度ヒューズ部材は、ポリマー PTC素子の熱的影響下にあるように配置されている こと、ならびに
温度ヒューズ部材を構成する金属の融点は、ポリマー PTC素子を構成するポリマ 一の融点より少なくとも 5°C高いこと
を特徴とする電気複合素子。
[2] 温度ヒューズ部材を構成する金属の融点は、ポリマー PTC素子を構成するポリマ 一の融点より少なくとも 10°C高いことを特徴とする、請求項 1に記載の電気複合素子
[3] 温度ヒューズ部材を構成する金属の融点は、ポリマー PTC素子を構成するポリマ 一の融点より少なくとも 20°C高いことを特徴とする、請求項 1に記載の電気複合素子
[4] ポリマー PTC素子を構成するポリマーは、エチレン '酢酸ビュルコポリマーまたはェ チレン'アクリル酸ブチルコポリマーであることを特徴とする請求項 1〜3のいずれか に記載の電気複合素子。
[5] ポリマー PTC要素の電気抵抗値は、動作後、常温時の電気抵抗値の少なくとも 50
0倍である請求項 1〜4のいずれかに記載の電気複合素子。
[6] 温度ヒューズ部材は、少なくとも部分的に榭脂層によって覆われて!/、る請求項 1〜5 の!、ずれかに記載の電気複合素子。
[7] 絶縁基板上にポリマー PTC素子が配置されている請求項 1〜6のいずれかに記載 の電気複合素子。
[8] 請求項 1〜7の!ヽずれかに記載の電気複合素子を有して成る電気デバイス。
[9] 電池パックである請求項 8に記載の電気デバイスであって、電気複合素子が電池 ノ ックの筐体の外側に配置されている電気デバイス。
[10] 請求項 9に記載の電池パックを有して成る電気装置。
[II] 携帯電話装置である請求項 10に記載の電気装置。
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